Tester, associer et remplacer une batterie

Lire une batterie de démarrage

Une batterie de voiture affiche par exemple : 12 V ; 70 Ah ; 640 A (EN).

• 70 Ah : la capacité, pour une décharge lente en 20 heures (chapitre 1) ;
• 640 A (EN) : le courant de démarrage à froid, souvent appelé CCA. C’est l’intensité que la batterie doit fournir à −18 °CSelon la norme européenne, pendant 10 secondes sans descendre sous 7,5 V. D’autres normes, américaines notamment, utilisent d’autres durées et seuils : les valeurs ne se comparent qu’à norme égale. sans que sa tension ne s’effondre.

Ce second chiffre compte davantage que les ampères-heures pour démarrer : un démarreur de voiture appelle couramment 150 à 300 A, un diesel davantage, et le froid réduit à la fois la capacité de la batterie et sa capacité à débiter. Ce que le CCA révèle : tenir 7,5 V sous 640 A, en partant d’environ 12,6 V, suppose une résistance interne à froid d’au plus (12,6 − 7,5) / 640 ≈ 8 mΩ. C’est la clé de l’écran suivant.

Une batterie de décharge lente affiche rarement un CCA : elle n’est pas faite pour cela.

La résistance interne

Une batterie se comporte comme une source de tension parfaite en série avec une petite résistance, sa résistance interne Ri. Sous courant, une partie de la tension y reste : La mesurer avec deux relevés : au repos, 12,6 V ; sous 100 A, 12,1 V. Ri = (12,6 − 12,1) / 100 = 5 mΩ.

• Le courant de court-circuit : Icc ≈ U₀ / Ri = 12,6 / 0,005 ≈ 2 500 A. Une clé plate posée entre les bornes rougit et fond ; d’où un fusible au plus près de la batterie, avec un pouvoir de coupure suffisant en courant continu (cours sur le court-circuit).
• Le vieillissement : Ri augmente avec l’âge, la sulfatation et le froid. Une vieille batterie peut afficher 12,6 V au repos et s’effondrer au premier coup de démarreur.
• La chaleur : Ri × I² chauffe la batterie. À 100 A, 5 mΩ dissipent déjà 50 W.

Les testeurs de batterie « à conductance » mesurent justement Ri (la conductance est son inverse), en quelques secondes et sans décharger la batterie.

Pour le lithium aussi

Une cellule LFP de 100 Ah a une résistance interne de l’ordre du milliohm, voire moins : son courant de court-circuit se compte en milliers d’ampères. Le BMS coupe en quelques microsecondes (chapitre 3), mais le câblage en amont du BMS, lui, n’est protégé que par un fusible.

Tester une batterie

La tension au repos ne suffit pas : elle indique l’état de charge, pas l’état de santé. Quatre tests, du plus simple au plus complet :

1. La tension au repos, après quelques heures sans charge ni décharge (chapitre 1). Juste après une charge, une « charge de surface » la fausse vers le haut : allumer les phares une minute pour la dissiper, puis attendre.
2. Le test de démarrage : un voltmètre sur les bornes pendant que le démarreur tourne. Une batterie saine, chargée, reste autour de 10 VOrdre de grandeur à température ambiante, pour une batterie adaptée au moteur : se référer aux valeurs du constructeur ou du testeur. ; si elle plonge nettement en dessous, sa résistance interne est trop forte.
3. Le testeur de conductance : on lui indique le CCA de l’étiquette, il estime ce que la batterie peut encore fournir.
4. Le test de capacité : la seule mesure de ce qui reste dans le réservoir. On décharge la batterie pleine au courant de 20 heures, 3,5 A pour une 70 Ah, jusqu’à 10,5 V, et l’on multiplie la durée par le courant. Au-dessous de 70 à 80 % de la capacité nominale, la batterie est en fin de vie.

Sur une batterie ouverte, le pèse-acide complète le tableau : un élément nettement plus bas que ses voisins condamne toute la batterie.

Associer plusieurs batteries

• En série, les tensions s’additionnent, la capacité reste celle d’une batterie : deux 12 V 100 Ah donnent 24 V 100 Ah.
• En parallèle, les capacités s’additionnent, la tension reste la même : deux 12 V 100 Ah donnent 12 V 200 Ah.

Dans les deux cas, l’énergie double : 2,4 kWh. Et les batteries doivent être du même modèle, du même âge, et au même état de charge au moment de les relier.

Le câblage en croix

En parallèle, si le chargeur et les récepteurs sont branchés sur la première batterie, celle-ci travaille plus que les autres : le courant des suivantes traverse des câbles et des cosses supplémentaires. On prend donc le + sur la première batterie et le − sur la dernière : chaque batterie voit alors la même longueur de câble.

• Une batterie en court-circuit interne se fait recharger par ses voisines, sans limite : un fusible par branche parallèle.
• Plus il y a de branches en parallèle, plus les déséquilibres s’installent : mieux vaut peu de grosses batteries, ou une tension de parc plus élevée (cours sur le site isolé).
• Lithium : la mise en série de batteries complètes n’est permise que si le fabricant la prévoit, car chaque BMS ne voit que sa propre batterie.
• Jamais de plomb et de lithium en parallèle direct : leurs tensions ne suivent pas la même courbe.

Remplacer un plomb par une LFP

Quatre cellules LFP en série donnent 12,8 V (chapitre 2) : de nombreuses batteries LFP se vendent au format d’une batterie au plomb. Le remplacement semble direct... à quelques conditions près.

• Le chargeur : il lui faut un profil lithium. Les modes « égalisation » ou « désulfatation » d’un chargeur au plomb envoient des tensions que la LFP refuse, et le floating est inutile.
• L’alternateur : une LFP accepte un courant de charge bien plus fort qu’un plomb, qui s’auto-limite. L’alternateur débite alors au maximum pendant longtemps, et chauffe. Solution : un chargeur DC-DC entre l’alternateur et la LFP, qui limite le courant et applique le bon profil.
• Le froid : pas de charge sous 0 °C (chapitre 2). Certaines batteries intègrent un chauffage ; sinon, le BMS bloque la charge.
• Le démarrage : le BMS limite le courant de décharge. Une LFP de servitude n’est pas une batterie de démarrage, sauf modèle prévu pour cela.
• La jauge : une LFP garde presque la même tension de 20 à 90 % (chapitre 3). Un indicateur au plomb, qui lit la tension, affichera « plein » jusqu’au dernier moment : il faut un moniteur qui compte les ampères-heures.

Régler un chargeur au plomb

La compensation en température : la tension de charge d’un plomb doit baisser quand il fait chaud et monter quand il fait froid (chapitre 1), de 3 à 5 mV par degré et par élémentSelon la technologie : chaque fabricant donne sa valeur, souvent autour de 4 mV par élément, soit 24 mV par degré pour une batterie 12 V (voir le cours sur le site isolé)..
Exemple, avec 4 mV par élément : une batterie 12 V, soit 6 éléments, dont l’absorption est donnée à 14,4 V à 25 °C. Dans un local à 35 °C : 14,4 − 6 × 0,004 × 10 = 14,16 V. À 5 °C : 14,4 + 6 × 0,004 × 20 = 14,88 V.

• Sans compensation, l’été fait bouillir la batterie, l’hiver ne la remplit jamais.
• La sonde de température se fixe sur la batterie, pas dans l’air du local.

L’égalisation, pour les batteries ouvertes

Dans une batterie ouverte, l’acide finit par se stratifier : plus concentré en bas, plus dilué en haut. L’égalisation est une surcharge volontaire et contrôlée, quelques heures à une tension plus élevée, qui fait légèrement bouillonner l’électrolyte, le brasse et rééquilibre les éléments.

• Seulement sur une batterie ouverte, niveaux faits, local ventilé : elle dégage de l’hydrogène (chapitre 1).
• Jamais sur une AGM ou une gel, qui ne récupèrent pas l’eau perdue, ni sur une LFP.

Le courant de charge : autour du dixième de la capacité en C20 pour une batterie ouverte, 10 A pour 100 Ah. Plus fort, elle chauffe et gaze ; bien plus faible, elle se stratifie et se sulfate faute d’être jamais vraiment remplie.